Fizik jarayonlarni o’rganishda matematik va kompyuterli modellashtirish

FIZIK JARAYONLARNI O’RGANISHDA MATEMATIK VA KOMPYUTERLI MODELLASHTIRISH.


1.1. Fizika o’qitishning ahamiyati va uning tuzilishi. Unda kompyuterdan foydalanish.
Ta’lim jarayonida fizika kursining umumiy ta’lim predmetlari orasidagi o’rni va uni boshqa fanlarga nisbatan tutgan mavqeiga ko’ra aniqlanadi. Fizika kursi nazariy fan bo’lib, uning asosini fundamental na’zariyalar, qonunlar va Ilmiy tushunchalar tashkil etadi. Fizika tez sur’atlar bilan rivojlandi, jumladan Nyuton mexanikasi, relyativestik mexanika, kvand mexanikasi kabi fundamental nazariyalar yaratildi. Bu esa birinchidan hozirgi fizika o’rganadigan hodisalarni sonini ko’paytirib yubordi. Ikkinchidan fanning rolini ko’tardi. Fizik nazariyalar boshqa, tabiiy fanlarning, masalan kimyo, elektro texnika, radiotexnika, gazlar dinamikasi, elektronika kabilarning asosi bo’lib qoldi. Ularning ko’pchiligi alohida fan bo’lib ajralib chiqdi. Fizikada ochilgan qonunlar universal bo’lib uni hozirgi tabiiy fanlar ichida yetakchi darajaga ko’tardi.
Yuqorida aytilganlardan ko’ramizki, fizikani bilmasdan to’la qiymatli ta’lim ma’lumotini tasavvur qilib bo’lmaydi. Boshqa predmetlar kabi fizika o’qitish ham didaktik maqsadlarni ya’ni ta’lim-tarbiya va o’quvchilarni rivojlantirishni amalga oshiradi. Ko’rinib turibdiki, ta’limda fizika o’qitish katta ahamiyatga ega. Fizika o’qitish jarayonida o’quvchi va talabalar fizikani sanoatda, qishloq xo’jaligida, transportda, tibbiyotda va boshqa sohalarda qo’llanishlari bilan tanishadilar, o’lchov asboblari bilan ishlash malakasiga ega bo’ladilar va foydali mehnatga tayorlanadilar.
Fizikani o’rganish orqali o’quvchilar tabiatidagi qator hodisalar va ularning Ilmiy asoslanishi bilan tanishadilar, ularga dunyoning moddiyligi haqida ishonch shakllanadi, dunyoni o’rganishda insonning imkoniyatlari katta ekankigini bilib oladilar. Natijada ta’lim oluvchilarning mantiqiy fikrlashlari va bilish qobiliyatlari rivojlanib boradi.
Fizika va unga yaqin fanlarni o’qitish o’quvchilarda quyidagi ta’lim sifatlarini berishi bilan ajralib turadi:
- ketma-ketligi mantiqiy to’g’ri va oddiydan murakkabga qarab boorish tamoyiliga rioya qilish;
- fizik hodisalar va jarayonlarni kuzatish usullari bilan tanishtirish;
-tajriba o’tkazish uning natijalarini hisoblash, xatoliklarni hisoblash ko’nikmalarini hosil qilish;
-asosiy fizik qonunlar va hodisalarni to’g’ri talqin qilish , ularni masala yechishda tadbiq etish va tajribaga tekshirib ko’rish ko’nikmalarini hosil qilish ;
-oily o’quv yurtida kirish uchun zarur bo’lgan bilim, malaka va ko’nikma hosil qilish;
-o’quvchilarning fizik tafakkurini rivojlantirish, fikrlash qobiliyatini oshirish hamda hayotda yuz berayotgan hodisa va jarayonlarni to’g’ri talqin qilishga o’rgatish;
-hozirgi zamon fizikasini fandagi, hayotdagi, texnikadagi, ekalogiyadagi va boshqa tarmoqlardagi muammolarni hal etish yo’lidagi roli bilan tanishtirish kerakligini ko’rsatishdan iboratdir.
Ana shunday ulkan talablarni hisobga olishga o’qitishning diafilm, kinofilm, radio kabilar bilan bir qatorda kompyuterlarning ham o’rni beqiyosdir.
XXI asr bo’sag’asida kompyuerlashtish yuqori cho’qqilarni egallagan bir vaqtda, fanlarni kompyuter dasturlari orqali o’qitishni davr talab qilmoqda. O’quv jarayonida kompyuterlashtirish katta jadallik bilan kirib kelmoqda. Kompyuter dasturlari orqali fizik tajribalarni, effektlarni va hodisalarni namoyish qilish mumkin. Kompyuterdan bilim berishda olgan bilimlarni nazorat qilishda, fizikadan masalalar yechishda va labaratoriyada keng foydalanish mumkin. An’anaviy labaratoriyalar, ularga dunyoning moddiyligi haqida ishonch shakllanadi, dunyoning o’rganishda insonning imkoniyatlari katta ekanini biliob oladilar. Natijada talim oluvchilarning mantiqiy jikrlashlari va bilish qobiliyatlari rivojlanib boradi.
Turli xil fizik qonuniyatlarni o’rgatuvchi, parametrlar o’rtasidagi parametrlar o’rtasidagi bog’lanishni o’rgatuvchi grafiklarni chizuvchi fizik jarayonlarni tabiatga ro’y berishiga yaqin tarzda amalgam oshiruvchi kompyuter dasturlari keyingi vaqtda ko’plab tuzilmoqda. Bunday da sturlardan fizika fanini o’qitishda ham foydalanib kelinmoqda.
Albatta ko’p hollarda fizik jarayonlar to’la aniqlikda matematik model yordamida ifodalana olmaydi. Bunday hollarda jarayon soddalashtirilib (ideallashtirilib) olinadi. Umuman jarayonlarni hozirgi davrda ikki usul bilan o’rganish mumkin:
-Matematik modellashtirish;
-tajriba o’tkazish.
Matematik model yordamida o’rganishning hozirgi davrda q’llanilishini asosiy sabablaridan biri EHMni qo’lash bo’lsa boshqa tomondan u material jihozlar talab qilmaydi va tez har xil variantlarni sonli tajribalar o’tkazish imkonini berdi. Bundan tashqari shunday jarayonlar mavjudki ularni faqatgina matematik model yordamida o’rganish mumkin. Masalan, yuqori harorotli issiqlik masalalari kichik yoki hokazo shunga o’xshash ekalogik masalalar faqatgina matematik model yordamida o’rganishi mumkin bo’ladi.
Ikkinchidan, yani tajriba usuli eng qadimiy usullardan bo’lib ko’p tabiat qonunlari kuzatish va biror qurilma model andoza yordamida ochilgan va o’rganilgan . Bu usul albatta material jihozlar talab qilinishidan tashqari tajriba qurilmasini yaratishni talab qiladi. Agar yaratilgan qurilma aytgan natijani bermasa qurilma qismlari almashtirilishi yoki butunlay boshqatdan yaratilishi kerak bo’ladi. Bu albatta juda ko’p vaqt va material talab qiladi. Shunga qaramasdan bu usul ham qo’llaniladi.
Ko’p hollarda matematik usul bilan olingan natijalarning to’g’riligiga o’xshash tajriba natijalari bilan taqqoslanadi.Bu ikki usul ana shunday bir-birini to’ldirishi mumkin.
Jarayonlar qanchalik matematik usul yordamida to’g’ri ifodalansa uni natijalari yetarli darajada aniqlikda bo’ladi. Bu sohada quyidagi muammolar bo’lishi mumkin. Bu holda eng yaxshi aniqlikdagi usullar ham yordam bermaydi. Aniq bo’lmagan hodisani aniq yechish kerak emas.
Ikkala usul matematik model va tajriba usulining umumiy tomoni bor bu ham bo’lsa olingan natijalarni almashtirish ya’ni obyektga qo’llash usuli bo’lishi shart. Aks holda bu ishlarni bajarishning hojati yo’q. Qo’llash usuliga ayrim o’xshashlik koeffisentlari(sonlari) qo’llaniladi.

Fizika bu tajribalar fanidir. Shuning uchun labaratoriya sharoitida tajribalar o’tkazish fizika qonunlari va metodlarini o’rganishda asosiy usullardan biri bo’lib hisoblanadi. Labaratoriya ishlarini o’tkazish talabalarga fizik hodisalar asosiy asbob-uskunalar bilan tanishishga imkon beradi, o’lchashni har xil usullarini o’rganishda tajriba “texnikasini” egallashga imkon yaratadi. Juda ko’p hollarda esa ayrim asbob-uskunalar yetmaydigan paytlarda electron hisoblash mashinalarida virtual labaratoriyalar yaratish ham tajribaning asosiy usullaridan biri sifatida namoyon bo’ladi.

Fizika ta'limi jarayonini takomillashtirishning eng mu’im jihatlari quyidagilardir:
-o’qitish sifatini, mеhnat va axloq tarbiyasini kuchaytirish;
-o’qituvchilar va ta'lim oluvchilar mеhnatini to’g’ri baholash;
-o’qitishni kundalik hayot bilan bog’lashni amalda mustahkamlash;
-ta'lim oluvchilarni ijtimoiy foydali mеhnatga tayyorlashni yaxshilash.
Fizika o’qitishni takomillashtirish mеtodologiyasibu darsning tuzilishi, shakllari va tashkil etish usullari, shuningdеk, fizika o’qitish nazariyasining rivojlanish qonunlari hamda uning natijalarini amalga tadbig’ etish usullari haqidagi ta'limotdir.
Fizika o’qitish mеtodikasining mеtodologiyasi boshqa fanlar singari o’zining maxsus tеkshirish usullariga ega. Bu sohadagi tеkshirish usullariga quyidagilar kiradi:
-ta'lim masalalarining tahlili va ularni hal etishda fizikaning o’quv prеdmеti sifatidagi rolini aniqlash;
-ilg’or pеdagogik tajribalarni o’rganish, umumlashtirish va fizika ta'limiga joriy qo’llash;
-fizik ta'lim va pеdagogik amaliyot masalalarini qiyosiy tahlili;
-ta'lim oluvchilar psixologiyasining o’ziga xoshugini hisobga olgan holda fizika o’qitish jarayonining tahlili, darsliklarga, o’qitish vositalariga va mеtodik qo’llanmalarga didaktik talablarni ishlab chiqsh;
-fizika o’qitish tarixini tahlil etish asosida fizika mеtodikasi rivojlanishining ob'еktiv tеndеntsiyalari va qonuniyatlarini aniqlash;
-yuqoridagilar asosida gipotеzalar qo’ysh va ularni ekspеrimеntal tеkshirish.
Fizika o’qitishning vazifalari sifatida fizika ta'lim oluvchilarda ilmiy tafakkurni shakllantirishda asosiy o’rin egallashi ta'kidlangan. Bunda ilmiy tabiiy bilish sikli: faktlarni kuzatishdan muammoni ta'riflashgacha va undan gipotеzani taklif etish (hodisa modеli, tushunchalar, qonunlar va usullar) gipotеzani mantiqiy rivojlantirish va nazariy bashorat qilish, nazariy xulosalarni ekspеrimеntal tеkshirish va ularni amalda qo’llash. Asos qilib olingan fizikani o’rganishda asos shuning uchun asosiy fanining mеtodologiyasi, o’qitish mеtodlarining manbai va tashkil etuvchi qismi bo’lib hisoblanadi. O’qitish mеtodlarini takomillashtirish ta'lim oluvchilarni fizikadan olgan bilimlarini sifatini oshirishgagina yordam bеrib holmasdan, ularning iqtidorli, itsе'dodli, zukko va ma'naviy еtuk kshilar bo’lib еtishshlari uchun ham xizmat qiladi. O’rta maktab ta'limi fizika kursida politеxnik ta'limni shakllantirish va ta'lim oluvchilarning mеhnatga tayyorlashning mu?im vositalari amaliy fizika masalalarini o’rganish hisoblanadi. Bularga fizika asboblarining ishlash jarayoni, mashina va mеxanizmlarning harakat qoidalari, ularni shlatishning fizik asoslari, xalq xo’jaligining turli sohalarida fizik hodisalarining qo’llanilishi kiradi. Bu matеriallarni tizimlashtirishda takomillashtirilgan dastur va darsliklarda fantеxnika taraqqiyotining turli yo’nalishlari bilan bog’liq bo’lgan darslarni tashkil etish muhim ahamiyat kasb etadi.

Yuqoridagi ko’rsatilgan usullar tajribaviy ishlarni boyitadi. Bitta tajriba guruhi uchun hozirgi zamonaviy IBM PC kompyuterlari va Windows operatsion sistemasi bilan jihozlangan dasturlash tillari va MS Offece paketi bilan qurollangan kompyuiter yetarli hisoblanadi. Bunda talaba olingan natijalarni kompyuter xotirasiga saqlashni ham bilishi ya’ni operatsion sistema bilan ishlash qobiliyatiga ega bo’lishi kerak.
Talabaga berilgan vaqt moboynida kerakli natijalarni olish hisoblash ishlarini bajarish uchun dasturni kirita olishi yechim olishi yechimni bosmaga chiqara bilish yoki boshqa bir tuzimga masalan EXCELga natijalarni hisoblab olish qobiliyatiga ega bo’lishi lozim.

Buni talaba uchun o’qituvchilar sonini ko’paytirish bilan yechish deb hisoblovchilar bor. Lekin bu iqtisod bilan bog’liq va muammoni to’la yechib bo’lmaydi. Ana shuning uchun ham bu muammolarni yechishda hisoblash mashinalaridan foydalanish maqsadga muvofiq deb hisoblash mumkin.

Oxirgi paytlarda hisoblash mashinalaririvoji ularning matematik va dastur taminotining o’sishi EHMlardan o’qitish va bilimlarni tekshirish vositasi sifatida foydalanish imkonini beradi.
dalolat beradi.

2.